STEM在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動中的應(yīng)用策略

魏羽飛 馬開春

摘要：本文先從STEM角度分析其適應(yīng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，并展示了“乒乓球發(fā)射器的制作，運(yùn)用《自由落體運(yùn)動》知識計(jì)算乒乓球速度”的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行了STEM課堂效果反饋并進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：STEM ;高中物理;實(shí)驗(yàn)教學(xué);應(yīng)用策略

一、STEM適用于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂的原因分析

從課程實(shí)施角度來看，STEM教育能夠體現(xiàn)物理教學(xué)的實(shí)踐性，能夠體現(xiàn)物理規(guī)律與現(xiàn)實(shí)生活的關(guān)聯(lián)。STEM教育的理念更希望學(xué)生能夠擁有思考力，面對問題時通過對問題的分析研究，靈活運(yùn)用知識來解決實(shí)際問題，這個過程有利于學(xué)生運(yùn)用到自身所學(xué)知識，覺得知識是有用的。

從認(rèn)知發(fā)展來看，STEM教育能促進(jìn)學(xué)生思維的發(fā)展，有利于開放式思維、系統(tǒng)思維的形成。對于一個綜合問題、或?qū)嶋H生活中遇到的物理相關(guān)問題，往往看上去簡單，解決起來困難，學(xué)生解決問題的時候需要的思維層次較高。

二、案例展示

（一）實(shí)驗(yàn)前介紹

1.教學(xué)地點(diǎn)：物理實(shí)驗(yàn)室

2.教學(xué)任務(wù)：完成乒乓球發(fā)射器的制作，運(yùn)用《自由落體運(yùn)動》知識計(jì)算乒乓球速度。

3.教學(xué)目的：親自動手拼裝套材;解決真實(shí)情景中的物理問題;利用實(shí)際數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、比較，分析其誤差原因。

4.教學(xué)準(zhǔn)備：14套拼接套材，《加油向未來》2016-9-16視頻材料，秒表，米尺。

（二）第一課時

1.教師將學(xué)生們分為14組，每組2人，每組學(xué)生發(fā)一套拼接套材。教師為學(xué)生播放央視大型科學(xué)實(shí)驗(yàn)節(jié)目《加油向未來》中視頻片段，其內(nèi)容主題為：能否利用物體的重力加速度準(zhǔn)確擊中目標(biāo)？

2.具體內(nèi)容為：10米高處的一把寶劍，旁邊有一個橄欖球發(fā)球機(jī)，問：當(dāng)橄欖球和寶劍同時啟動，會發(fā)生那種情況？答案有三個選項(xiàng)，分別為：從劍上方穿過、擊中劍、從劍的下方穿過。

3.看過視頻，此時，讓學(xué)生猜測答案為哪個選項(xiàng)，并展開討論。學(xué)生經(jīng)過討論過后，問題集中在：橄欖球的速度、橄欖球與劍的距離等問題上，帶著疑問，繼續(xù)觀看視頻。

4.視頻中，橄欖球的是時速為80公里每小時，與寶劍呈45度角發(fā)射，結(jié)果為正好擊中寶劍。學(xué)生發(fā)出了驚訝的感嘆，這是為什么？節(jié)目中予以粗略解答后，教師再進(jìn)行講解。此種情況若動筆計(jì)算有些復(fù)雜，涉及到斜拋運(yùn)動，請有興趣的同學(xué)課后利用自由落體的知識進(jìn)行解答。如果以簡單的方式，由于參照物的變化，可以以寶劍為參照物。讓學(xué)生想象在寶劍的角度看橄欖球是什么運(yùn)動，由于橄欖球與寶劍有相同的重力加速度，所以以他們所在的系統(tǒng)做參考系的話，不考慮空氣阻力，看到的橄欖球就直直射過來的。

（三）第二課時

1.開始上課，教師用上節(jié)課看的視頻引出此次的主題內(nèi)容：制作乒乓球發(fā)射器，并根據(jù)高度計(jì)算乒乓球的理論落地速度。

2.學(xué)生兩兩一組，開始拼接乒乓球發(fā)射器套材。

3.由于拼接需要較長時間，所以先制作完成的學(xué)生自可以已發(fā)射乒乓球玩，下節(jié)課大家統(tǒng)一計(jì)算乒乓球速度

（四）第三課時

1.開始上課，教師與學(xué)生明確此次課的主題：計(jì)算乒乓球的速度并與實(shí)際速度進(jìn)行對比。

2.學(xué)生兩兩一組開始計(jì)算，先計(jì)算乒乓球的理論速度，從課桌上發(fā)射乒乓球，需要測量實(shí)驗(yàn)桌高度，學(xué)生用米尺進(jìn)行測量，高度為75cm。

3.學(xué)生根據(jù)課桌高度計(jì)算出乒乓球下落時間為：0.39s，豎直速度為3.83m/s，在地面測量乒乓球發(fā)射后的水平速度，水平速度每位同學(xué)都不同，測量多次計(jì)算速度平均值并記錄。

4.每組學(xué)生將發(fā)射器置于桌子上水平放置，將乒乓球上涂滿粉筆灰，一人發(fā)射乒乓球，一人用秒表計(jì)時，記錄多次計(jì)算平均值。實(shí)際實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)與之前進(jìn)行對比。

（五）第四課時

1.學(xué)生繼續(xù)整理自己的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，自己分析誤差原因，每組同學(xué)發(fā)言。

2.主要分析誤差原因來自：手動計(jì)時、空氣阻力、聲音傳播需要時間等等。

3.教師對課堂進(jìn)行總結(jié)，每組同學(xué)的數(shù)據(jù)都是不同的，根據(jù)自己制作的乒乓球發(fā)射器計(jì)算出的，真實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)受很多因素影響，必然與理論數(shù)據(jù)存在誤差，在分析誤差原因過后，提問學(xué)生：我們可以做出哪些改進(jìn)呢？

4.學(xué)生進(jìn)行討論、思考。

5.學(xué)生答：不要開窗，同學(xué)不要走動，減少空氣阻力的影響;讓乒乓球在更高的平臺上發(fā)射，延長落地的時間會更準(zhǔn)確;用更多皮筋發(fā)射乒乓球，讓球走更遠(yuǎn)等等，教師鼓勵學(xué)生多多作答。

6.教師對學(xué)生答案進(jìn)行合理性分析，總結(jié)課堂。

三、STEM課堂效果反饋

課堂上，學(xué)生分組進(jìn)行，積極思考，在教師引導(dǎo)下，能夠動手計(jì)算實(shí)際問題，并主動分析誤差存在原因，課堂效果非常好。

（一）STEM融入的物理課堂與傳統(tǒng)課堂的區(qū)別

STEM融入的物理課堂與傳統(tǒng)課堂相比，最大的區(qū)別在于真實(shí)情景中的問題。以往物理課堂中提出的情景，可能是離我們現(xiàn)實(shí)生活比較遠(yuǎn)的，而這種課就不同了，發(fā)射器也是學(xué)生自己做的，你讓他算起來，就顯得很有意義，他能通過對速度的計(jì)算，比較自己的發(fā)射器和別人的差在哪，區(qū)別在哪，也能知道理想情況和現(xiàn)實(shí)情況的差別在哪，自己分析誤差，這個很有意義。

（二）融入STEM的教育對學(xué)生發(fā)展的幫助

這個幫助，短期內(nèi)無法體現(xiàn)出來，因?yàn)槲覀兌唐趦?nèi)看見的只能是成績，真正理解也行，但是背公式答題也能完成。但這對學(xué)生長期發(fā)展是有影響的，學(xué)生做過、體驗(yàn)過，親手和別人搭伴解決問題，這對他未來的成長一定會有幫助，其實(shí)也是在鍛煉他與別人溝通解決問題的能力。還有一點(diǎn)很重要，就是他得真正思考才能發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。

（三）長期性的發(fā)展對STEM教育的考量

我們可以對教學(xué)理念進(jìn)行好壞的評價(jià)，但是在考察的而過程中，教師需針對小班教學(xué)，讓教師去對學(xué)生進(jìn)行評價(jià)，其實(shí)目前來看并沒有相對較好的評價(jià)方式。但針對上述案例，教師可以組織學(xué)生比賽，學(xué)生通過對自身設(shè)置的發(fā)射器的調(diào)節(jié)，能夠讓乒乓球射的更遠(yuǎn)，但這種比賽一定是要在物理教學(xué)活動之后的，也就是計(jì)算速度之后。其實(shí)課程重點(diǎn)在于這后面運(yùn)用、計(jì)算的過程，但我們花了很多時間去準(zhǔn)備、首先引起學(xué)生的注意，讓他先覺得我們做的事情有實(shí)際意義，再讓他計(jì)算，這樣就很容易讓他接受、對這堂課印象也會很深刻。